钢与混凝土双面组合梁裂缝宽度影响因素研究

发布时间：2017-06-07 19:17

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【摘要】：一位德国学者提出了“钢-混凝土双面组合梁”的概念,该种类型组合梁在负弯矩区受力性能之所以可以发挥的更好,是因为不仅在钢梁上翼缘板布置混凝土板,而且在下翼缘板也布置混凝土板,正是由于下混凝土板的存在,帮助钢梁在负弯矩区承受压力,增加了组合梁的刚度和承载能力,从而使桥梁各部分能够充分发挥其作用。在前人对钢-混凝土双面组合梁裂缝宽度理论研究的基础上,本文采用有限元结构分析软件Ansys建立简支梁反向施加集中力的方式来模拟组合梁负弯矩区,考虑钢筋与混凝土之间的滑移以及混凝土板与钢梁之间的滑移,不考虑混凝土的收缩及徐变作用,只考虑混凝土的受拉裂缝不考虑其受压裂缝。考虑上混凝土板混凝土保护层厚度和纵向钢筋配筋率两个参数,通过它们分别采用不同的参数值建立多组有限元模型,分析这两个参数对钢-混凝土双面组合连续梁负弯矩区裂缝间距和裂缝宽度的影响。试验结果表明,在钢-混凝土双面组合连续梁中,其他条件一致的情况下,上混凝土板混凝土保护层厚度越大,组合梁上表面裂缝宽度越大,裂缝间距也越大;上混凝土板中的纵向钢筋配筋率越大,组合梁的裂缝间距越小,裂缝宽度也越小。通过有限元软件仿真分析得到的最大裂缝宽度计算结果远大于混凝土结构设计规范中公式计算的裂缝宽度限值,这一现象主要是因为考虑了钢梁与混凝土板之间的相对滑移以及钢筋与混凝土之间的滑移,剪切滑移本构关系的选取以及剪切滑移区段的假定都会对裂缝宽度产生很大的影响。
【关键词】：钢-混凝土双面组合梁 粘结滑移 保护层厚度 纵向钢筋配筋率 裂缝宽度 裂缝间距
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 钢-混凝土组合梁的发展10-12
• 1.2.1 单面组合梁10-11
• 1.2.2 双面组合梁11-12
• 1.3 钢筋混凝土结构裂缝宽度研究现状12-16
• 1.3.1 钢筋混凝土结构裂缝成因12-13
• 1.3.1.1 由外荷载作用引起的裂缝13
• 1.3.1.2 由塑形变形引起的裂缝13
• 1.3.1.3 由温度及收缩变形引起的裂缝13
• 1.3.2 钢筋混凝土结构裂缝宽度的计算13-16
• 1.3.2.1 粘结-滑移理论14
• 1.3.2.2 无滑移理论14-15
• 1.3.2.3 一般裂缝理论15-16
• 1.3.2.4 试验统计模式16
• 1.4 钢-混凝土组合梁的开裂特点和影响因素16-18
• 1.4.1 组合梁负弯矩区混凝土板的开裂特点16-17
• 1.4.2 组合梁裂缝宽度的主要影响因素17-18
• 1.4.2.1 剪力钉的数量及布置间距17
• 1.4.2.2 混凝土板与钢梁之间的相对滑移17
• 1.4.2.3 力比17-18
• 1.4.2.4 钢梁与混凝土板的高度比18
• 1.5 本文研究内容18-20
• 第二章 组合梁裂缝宽度计算理论20-31
• 2.1 钢筋混凝土间的粘结滑移理论20-26
• 2.1.1 钢筋混凝土间的粘结滑移机理21-23
• 2.1.1.1 光圆钢筋的粘结机理22
• 2.1.1.2 变形钢筋的粘结机理22-23
• 2.1.2 钢筋混凝土间粘结滑移的影响因素23-24
• 2.1.3 钢筋混凝土间粘结滑移本构关系24-26
• 2.2 钢梁与混凝土板之间的滑移理论26-27
• 2.3 组合梁的裂缝宽度计算理论27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 组合梁裂缝的数值模拟方法31-40
• 3.1 钢筋混凝土板的数值模型31-32
• 3.1.1 分离式模型31-32
• 3.1.2 组合式模型32
• 3.1.3 整体式模型32
• 3.2 钢筋和混凝土之间粘结滑移的数值模拟32-36
• 3.2.1 Goodman粘结单元33
• 3.2.2 双弹簧粘结单元33-36
• 3.2.3 斜压杆单元36
• 3.2.4 六节点曲边节理单元36
• 3.2.5 四节点线性节理单元36
• 3.3 裂缝的数值模型36-39
• 3.3.1 分离裂缝模型36-37
• 3.3.2 内嵌式裂缝模型37
• 3.3.3 弥散裂缝模型37-39
• 3.3.4 钝裂缝带模型39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 组合梁裂缝宽度的有限元分析40-64
• 4.1 有限元方法的概述40-41
• 4.2 组合梁有限元模型的选取41-43
• 4.3 组合梁有限元模型的建立43-50
• 4.3.1 材料破坏准则及本构关系43-46
• 4.3.2 模型中的单元类型选取46-48
• 4.3.3 单元生死功能的介绍48-49
• 4.3.4 裂缝的模拟49-50
• 4.4 组合梁有限元模型的计算结果分析50-63
• 4.4.1 加载过程分析50-55
• 4.4.2 试验结果分析55-63
• 4.4.2.1 纵向钢筋配筋率对裂缝宽度和裂缝间距的影响56-59
• 4.4.2.2 保护层厚度对裂缝宽度和裂缝间距的影响59-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 结论与问题64-67
• 5.1 结论64-65
• 5.2 问题65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 个人简介、在学期间研究成果及发表的学术论文71

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本文编号：430065